用网站还是阿里巴巴做soho,营销型网站设计公司哪里有,上海工程建设造价信息网站,济南开发公司设计模式是对大家实际工作中写的各种代码进行高层次抽象的总结#xff0c;其中最出名的当属 Gang of Four (GoF) 的分类了#xff0c;他们将设计模式分类为 23 种经典的模式#xff0c;根据用途我们又可以分为三大类#xff0c;分别为创建型模式、结构型模式和行为型模式。…设计模式是对大家实际工作中写的各种代码进行高层次抽象的总结其中最出名的当属 Gang of Four (GoF) 的分类了他们将设计模式分类为 23 种经典的模式根据用途我们又可以分为三大类分别为创建型模式、结构型模式和行为型模式。
有一些重要的设计原则在开篇和大家分享下这些原则将贯通全文 面向接口编程而不是面向实现。这个很重要也是优雅的、可扩展的代码的第一步这就不需要多说了吧。 职责单一原则。每个类都应该只有一个单一的功能并且该功能应该由这个类完全封装起来。 对修改关闭对扩展开放。对修改关闭是说我们辛辛苦苦加班写出来的代码该实现的功能和该修复的 bug 都完成了别人可不能说改就改对扩展开放就比较好理解了也就是说在我们写好的代码基础上很容易实现扩展。
创建型模式比较简单但是会比较没有意思结构型和行为型比较有意思。
创建型模式
创建型模式的作用就是创建对象说到创建一个对象最熟悉的就是 new 一个对象然后 set 相关属性。但是在很多场景下我们需要给客户端提供更加友好的创建对象的方式尤其是那种我们定义了类但是需要提供给其他开发者用的时候。
简单工厂模式
和名字一样简单非常简单直接上代码吧
public class FoodFactory {public static Food makeFood(String name) {if (name.equals(noodle)) {Food noodle new LanZhouNoodle();noodle.addSpicy(more);return noodle;} else if (name.equals(chicken)) {Food chicken new HuangMenChicken();chicken.addCondiment(potato);return chicken;} else {return null;}}
}其中LanZhouNoodle 和 HuangMenChicken 都继承自 Food。
简单地说简单工厂模式通常就是这样一个工厂类 XxxFactory里面有一个静态方法根据我们不同的参数返回不同的派生自同一个父类或实现同一接口的实例对象。 我们强调职责单一 原则一个类只提供一种功能FoodFactory 的功能就是只要负责生产各种 Food。 工厂模式
简单工厂模式很简单如果它能满足我们的需要我觉得就不要折腾了。之所以需要引入工厂模式是因为我们往往需要使用两个或两个以上的工厂。
public interface FoodFactory {Food makeFood(String name);
}
public class ChineseFoodFactory implements FoodFactory {Overridepublic Food makeFood(String name) {if (name.equals(A)) {return new ChineseFoodA();} else if (name.equals(B)) {return new ChineseFoodB();} else {return null;}}
}
public class AmericanFoodFactory implements FoodFactory {Overridepublic Food makeFood(String name) {if (name.equals(A)) {return new AmericanFoodA();} else if (name.equals(B)) {return new AmericanFoodB();} else {return null;}}
}其中ChineseFoodA、ChineseFoodB、AmericanFoodA、AmericanFoodB 都派生自 Food。
客户端调用
public class APP {public static void main(String[] args) {// 先选择一个具体的工厂FoodFactory factory new ChineseFoodFactory();// 由第一步的工厂产生具体的对象不同的工厂造出不一样的对象Food food factory.makeFood(A);}
}虽然都是调用 makeFood(A) 制作 A 类食物但是不同的工厂生产出来的完全不一样。
第一步我们需要选取合适的工厂然后第二步基本上和简单工厂一样。
核心在于我们需要在第一步选好我们需要的工厂 。比如我们有 LogFactory 接口实现类有 FileLogFactory 和 KafkaLogFactory分别对应将日志写入文件和写入 Kafka 中显然我们客户端第一步就需要决定到底要实例化 FileLogFactory 还是 KafkaLogFactory这将决定之后的所有的操作。
虽然简单不过我也把所有的构件都画到一张图上这样读者看着比较清晰 factory-1
抽象工厂模式
当涉及到产品族 的时候就需要引入抽象工厂模式了。
一个经典的例子是造一台电脑。我们先不引入抽象工厂模式看看怎么实现。
因为电脑是由许多的构件组成的我们将 CPU 和主板进行抽象然后 CPU 由 CPUFactory 生产主板由 MainBoardFactory 生产然后我们再将 CPU 和主板搭配起来组合在一起如下图 这个时候的客户端调用是这样的
// 得到 Intel 的 CPU
CPUFactory cpuFactory new IntelCPUFactory();
CPU cpu intelCPUFactory.makeCPU();// 得到 AMD 的主板
MainBoardFactory mainBoardFactory new AmdMainBoardFactory();
MainBoard mainBoard mainBoardFactory.make();// 组装 CPU 和主板
Computer computer new Computer(cpu, mainBoard);单独看 CPU 工厂和主板工厂它们分别是前面我们说的工厂模式 。这种方式也容易扩展因为要给电脑加硬盘的话只需要加一个 HardDiskFactory 和相应的实现即可不需要修改现有的工厂。
但是这种方式有一个问题那就是如果 Intel 家产的 CPU 和 AMD 产的主板不能兼容使用 那么这代码就容易出错因为客户端并不知道它们不兼容也就会错误地出现随意组合。
下面就是我们要说的产品族 的概念它代表了组成某个产品的一系列附件的集合 当涉及到这种产品族的问题的时候就需要抽象工厂模式来支持了。我们不再定义 CPU 工厂、主板工厂、硬盘工厂、显示屏工厂等等我们直接定义电脑工厂每个电脑工厂负责生产所有的设备这样能保证肯定不存在兼容问题。 这个时候对于客户端来说不再需要单独挑选 CPU厂商、主板厂商、硬盘厂商等直接选择一家品牌工厂品牌工厂会负责生产所有的东西而且能保证肯定是兼容可用的。
public static void main(String[] args) {// 第一步就要选定一个“大厂”ComputerFactory cf new AmdFactory();// 从这个大厂造 CPUCPU cpu cf.makeCPU();// 从这个大厂造主板MainBoard board cf.makeMainBoard();// 从这个大厂造硬盘HardDisk hardDisk cf.makeHardDisk();// 将同一个厂子出来的 CPU、主板、硬盘组装在一起Computer result new Computer(cpu, board, hardDisk);
}当然抽象工厂的问题也是显而易见的比如我们要加个显示器就需要修改所有的工厂给所有的工厂都加上制造显示器的方法。这有点违反了对修改关闭对扩展开放 这个设计原则。
单例模式
单例模式用得最多错得最多。
饿汉模式最简单
public class Singleton {// 首先将 new Singleton() 堵死private Singleton() {};// 创建私有静态实例意味着这个类第一次使用的时候就会进行创建private static Singleton instance new Singleton();public static Singleton getInstance() {return instance;}// 瞎写一个静态方法。这里想说的是如果我们只是要调用 Singleton.getDate(...)// 本来是不想要生成 Singleton 实例的不过没办法已经生成了public static Date getDate(String mode) {return new Date();}
}很多人都能说出饿汉模式的缺点可是我觉得生产过程中很少碰到这种情况你定义了一个单例的类不需要其实例可是你却把一个或几个你会用到的静态方法塞到这个类中。 饱汉模式最容易出错
public class Singleton {// 首先也是先堵死 new Singleton() 这条路private Singleton() {}// 和饿汉模式相比这边不需要先实例化出来注意这里的 volatile它是必须的private static volatile Singleton instance null;public static Singleton getInstance() {if (instance null) {// 加锁synchronized (Singleton.class) {// 这一次判断也是必须的不然会有并发问题if (instance null) {instance new Singleton();}}}return instance;}
}双重检查指的是两次检查 instance 是否为 null。 volatile 在这里是需要的希望能引起读者的关注。 很多人不知道怎么写直接就在 getInstance() 方法签名上加上 synchronized这就不多说了性能太差。 嵌套类最经典以后大家就用它吧
public class Singleton3 {private Singleton3() {}// 主要是使用了 嵌套类可以访问外部类的静态属性和静态方法 的特性private static class Holder {private static Singleton3 instance new Singleton3();}public static Singleton3 getInstance() {return Holder.instance;}
}注意很多人都会把这个嵌套类 说成是静态内部类 严格地说内部类和嵌套类是不一样的它们能访问的外部类权限也是不一样的。 最后我们说一下枚举枚举很特殊它在类加载的时候会初始化里面的所有的实例而且 JVM 保证了它们不会再被实例化所以它天生就是单例的。
虽然我们平时很少看到用枚举来实现单例但是在 RxJava 的源码中有很多地方都用了枚举来实现单例。
建造者模式
经常碰见的 XxxBuilder 的类通常都是建造者模式的产物。建造者模式其实有很多的变种但是对于客户端来说我们的使用通常都是一个模式的
Food food new FoodBuilder().a().b().c().build();
Food food Food.builder().a().b().c().build();套路就是先 new 一个 Builder然后可以链式地调用一堆方法最后再调用一次 build() 方法我们需要的对象就有了。
来一个中规中矩的建造者模式
class User {// 下面是“一堆”的属性private String name;private String password;private String nickName;private int age;// 构造方法私有化不然客户端就会直接调用构造方法了private User(String name, String password, String nickName, int age) {this.name name;this.password password;this.nickName nickName;this.age age;}// 静态方法用于生成一个 Builder这个不一定要有不过写这个方法是一个很好的习惯// 有些代码要求别人写 new User.UserBuilder().a()...build() 看上去就没那么好public static UserBuilder builder() {return new UserBuilder();}public static class UserBuilder {// 下面是和 User 一模一样的一堆属性private String name;private String password;private String nickName;private int age;private UserBuilder() {}// 链式调用设置各个属性值返回 this即 UserBuilderpublic UserBuilder name(String name) {this.name name;return this;}public UserBuilder password(String password) {this.password password;return this;}public UserBuilder nickName(String nickName) {this.nickName nickName;return this;}public UserBuilder age(int age) {this.age age;return this;}// build() 方法负责将 UserBuilder 中设置好的属性“复制”到 User 中。// 当然可以在 “复制” 之前做点检验public User build() {if (name null || password null) {throw new RuntimeException(用户名和密码必填);}if (age 0 || age 150) {throw new RuntimeException(年龄不合法);}// 还可以做赋予”默认值“的功能if (nickName null) {nickName name;}return new User(name, password, nickName, age);}}
}核心是先把所有的属性都设置给 Builder然后 build() 方法的时候将这些属性复制 给实际产生的对象。
看看客户端的调用
public class APP {public static void main(String[] args) {User d User.builder().name(foo).password(pAss12345).age(25).build();}
}说实话建造者模式的链式 写法很吸引人但是多写了很多“无用”的 builder 的代码感觉这个模式没什么用。不过当属性很多而且有些必填有些选填的时候这个模式会使代码清晰很多。我们可以在 Builder 的构造方法 中强制让调用者提供必填字段还有在 build() 方法中校验各个参数比在 User 的构造方法中校验代码要优雅一些。 题外话强烈建议读者使用 lombok用了 lombok 以后上面的一大堆代码会变成如下这样: Builderclass User { private String name; private String password; private String nickName; private int age;}怎么样省下来的时间是不是又可以干点别的了。 当然如果你只是想要链式写法不想要建造者模式有个很简单的办法User 的 getter 方法不变所有的 setter 方法都让其 return this 就可以了然后就可以像下面这样调用
User user new User().setName().setPassword().setAge(20);很多人是这么用的但是笔者觉得其实这种写法非常地不优雅不是很推荐使用。 原型模式
这是我要说的创建型模式的最后一个设计模式了。
原型模式很简单有一个原型实例 基于这个原型实例产生新的实例也就是“克隆”了。
Object 类中有一个 clone() 方法它用于生成一个新的对象当然如果我们要调用这个方法java 要求我们的类必须先实现 Cloneable 接口 此接口没有定义任何方法但是不这么做的话在 clone() 的时候会抛出 CloneNotSupportedException 异常。
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;java 的克隆是浅克隆碰到对象引用的时候克隆出来的对象和原对象中的引用将指向同一个对象。通常实现深克隆的方法是将对象进行序列化然后再进行反序列化。 原型模式了解到这里我觉得就够了各种变着法子说这种代码或那种代码是原型模式没什么意义。
创建型模式总结
创建型模式总体上比较简单它们的作用就是为了产生实例对象算是各种工作的第一步了因为我们写的是面向对象 的代码所以我们第一步当然是需要创建一个对象了。
简单工厂模式最简单工厂模式在简单工厂模式的基础上增加了选择工厂的维度需要第一步选择合适的工厂抽象工厂模式有产品族的概念如果各个产品是存在兼容性问题的就要用抽象工厂模式。单例模式就不说了为了保证全局使用的是同一对象一方面是安全性考虑一方面是为了节省资源建造者模式专门对付属性很多的那种类为了让代码更优美原型模式用得最少了解和 Object 类中的 clone() 方法相关的知识即可。
结构型模式
前面创建型模式介绍了创建对象的一些设计模式这节介绍的结构型模式旨在通过改变代码结构来达到解耦的目的使得我们的代码容易维护和扩展。
代理模式
第一个要介绍的代理模式是最常使用的模式之一了用一个代理来隐藏具体实现类的实现细节通常还用于在真实的实现的前后添加一部分逻辑。
既然说是代理 那就要对客户端隐藏真实实现由代理来负责客户端的所有请求。当然代理只是个代理它不会完成实际的业务逻辑而是一层皮而已但是对于客户端来说它必须表现得就是客户端需要的真实实现。 理解代理 这个词这个模式其实就简单了。 public interface FoodService {Food makeChicken();Food makeNoodle();
}public class FoodServiceImpl implements FoodService {public Food makeChicken() {Food f new Chicken()f.setChicken(1kg);f.setSpicy(1g);f.setSalt(3g);return f;}public Food makeNoodle() {Food f new Noodle();f.setNoodle(500g);f.setSalt(5g);return f;}
}// 代理要表现得“就像是”真实实现类所以需要实现 FoodService
public class FoodServiceProxy implements FoodService {// 内部一定要有一个真实的实现类当然也可以通过构造方法注入private FoodService foodService new FoodServiceImpl();public Food makeChicken() {System.out.println(我们马上要开始制作鸡肉了);// 如果我们定义这句为核心代码的话那么核心代码是真实实现类做的// 代理只是在核心代码前后做些“无足轻重”的事情Food food foodService.makeChicken();System.out.println(鸡肉制作完成啦加点胡椒粉); // 增强food.addCondiment(pepper);return food;}public Food makeNoodle() {System.out.println(准备制作拉面~);Food food foodService.makeNoodle();System.out.println(制作完成啦)return food;}
}客户端调用注意我们要用代理来实例化接口
// 这里用代理类来实例化
FoodService foodService new FoodServiceProxy();
foodService.makeChicken();proxy
我们发现没有代理模式说白了就是做 “方法包装” 或做 “方法增强” 。在面向切面编程中其实就是动态代理的过程。比如 Spring 中我们自己不定义代理类但是 Spring 会帮我们动态来定义代理然后把我们定义在 Before、After、Around 中的代码逻辑动态添加到代理中。
说到动态代理又可以展开说Spring 中实现动态代理有两种一种是如果我们的类定义了接口如 UserService 接口和 UserServiceImpl 实现那么采用 JDK 的动态代理感兴趣的读者可以去看看 java.lang.reflect.Proxy 类的源码另一种是我们自己没有定义接口的Spring 会采用 CGLIB 进行动态代理它是一个 jar 包性能还不错。
适配器模式
说完代理模式说适配器模式是因为它们很相似这里可以做个比较。
适配器模式做的就是有一个接口需要实现但是我们现成的对象都不满足需要加一层适配器来进行适配。
适配器模式总体来说分三种默认适配器模式、对象适配器模式、类适配器模式。先不急着分清楚这几个先看看例子再说。
默认适配器模式
首先我们先看看最简单的适配器模式默认适配器模式(Default Adapter) 是怎么样的。
我们用 Appache commons-io 包中的 FileAlterationListener 做例子此接口定义了很多的方法用于对文件或文件夹进行监控一旦发生了对应的操作就会触发相应的方法。
public interface FileAlterationListener {void onStart(final FileAlterationObserver observer);void onDirectoryCreate(final File directory);void onDirectoryChange(final File directory);void onDirectoryDelete(final File directory);void onFileCreate(final File file);void onFileChange(final File file);void onFileDelete(final File file);void onStop(final FileAlterationObserver observer);
}此接口的一大问题是抽象方法太多了如果我们要用这个接口意味着我们要实现每一个抽象方法如果我们只是想要监控文件夹中的文件创建 和文件删除 事件可是我们还是不得不实现所有的方法很明显这不是我们想要的。
所以我们需要下面的一个适配器 它用于实现上面的接口但是所有的方法都是空方法 这样我们就可以转而定义自己的类来继承下面这个类即可。
public class FileAlterationListenerAdaptor implements FileAlterationListener {public void onStart(final FileAlterationObserver observer) {}public void onDirectoryCreate(final File directory) {}public void onDirectoryChange(final File directory) {}public void onDirectoryDelete(final File directory) {}public void onFileCreate(final File file) {}public void onFileChange(final File file) {}public void onFileDelete(final File file) {}public void onStop(final FileAlterationObserver observer) {}
}比如我们可以定义以下类我们仅仅需要实现我们想实现的方法就可以了
public class FileMonitor extends FileAlterationListenerAdaptor {public void onFileCreate(final File file) {// 文件创建doSomething();}public void onFileDelete(final File file) {// 文件删除doSomething();}
}当然上面说的只是适配器模式的其中一种也是最简单的一种无需多言。下面再介绍**“正统的”** 适配器模式。
对象适配器模式
来看一个《Head First 设计模式》中的一个例子我稍微修改了一下看看怎么将鸡适配成鸭这样鸡也能当鸭来用。因为现在鸭这个接口我们没有合适的实现类可以用所以需要适配器。
public interface Duck {public void quack(); // 鸭的呱呱叫public void fly(); // 飞
}public interface Cock {public void gobble(); // 鸡的咕咕叫public void fly(); // 飞
}public class WildCock implements Cock {public void gobble() {System.out.println(咕咕叫);}public void fly() {System.out.println(鸡也会飞哦);}
}鸭接口有 fly() 和 quare() 两个方法鸡 Cock 如果要冒充鸭fly() 方法是现成的但是鸡不会鸭的呱呱叫没有 quack() 方法。这个时候就需要适配了
// 毫无疑问首先这个适配器肯定需要 implements Duck这样才能当做鸭来用
public class CockAdapter implements Duck {Cock cock;// 构造方法中需要一个鸡的实例此类就是将这只鸡适配成鸭来用public CockAdapter(Cock cock) {this.cock cock;}// 实现鸭的呱呱叫方法Overridepublic void quack() {// 内部其实是一只鸡的咕咕叫cock.gobble();}Overridepublic void fly() {cock.fly();}
}客户端调用很简单了
public static void main(String[] args) { // 有一只野鸡 Cock wildCock new WildCock(); // 成功将野鸡适配成鸭 Duck duck new CockAdapter(wildCock); ...}到这里大家也就知道了适配器模式是怎么回事了。无非是我们需要一只鸭但是我们只有一只鸡这个时候就需要定义一个适配器由这个适配器来充当鸭但是适配器里面的方法还是由鸡来实现的。
我们用一个图来简单说明下 上图应该还是很容易理解的我就不做更多的解释了。下面我们看看类适配模式怎么样的。
类适配器模式
废话少说直接上图 看到这个图大家应该很容易理解的吧通过继承的方法适配器自动获得了所需要的大部分方法。这个时候客户端使用更加简单直接 Target t new SomeAdapter(); 就可以了。
适配器模式总结 类适配和对象适配的异同 一个采用继承一个采用组合 类适配属于静态实现对象适配属于组合的动态实现对象适配需要多实例化一个对象。 总体来说对象适配用得比较多。 适配器模式和代理模式的异同 比较这两种模式其实是比较对象适配器模式和代理模式在代码结构上它们很相似都需要一个具体的实现类的实例。但是它们的目的不一样代理模式做的是增强原方法的活适配器做的是适配的活为的是提供“把鸡包装成鸭然后当做鸭来使用”而鸡和鸭它们之间原本没有继承关系。
桥梁模式
理解桥梁模式其实就是理解代码抽象和解耦。
我们首先需要一个桥梁它是一个接口定义提供的接口方法。
public interface DrawAPI { public void draw(int radius, int x, int y);}然后是一系列实现类
public class RedPen implements DrawAPI {Overridepublic void draw(int radius, int x, int y) {System.out.println(用红色笔画图radius: radius , x: x , y: y);}
}
public class GreenPen implements DrawAPI {Overridepublic void draw(int radius, int x, int y) {System.out.println(用绿色笔画图radius: radius , x: x , y: y);}
}
public class BluePen implements DrawAPI {Overridepublic void draw(int radius, int x, int y) {System.out.println(用蓝色笔画图radius: radius , x: x , y: y);}
}定义一个抽象类此类的实现类都需要使用 DrawAPI
public abstract class Shape {protected DrawAPI drawAPI;protected Shape(DrawAPI drawAPI) {this.drawAPI drawAPI;}public abstract void draw();
}定义抽象类的子类
// 圆形
public class Circle extends Shape {private int radius;public Circle(int radius, DrawAPI drawAPI) {super(drawAPI);this.radius radius;}public void draw() {drawAPI.draw(radius, 0, 0);}
}
// 长方形
public class Rectangle extends Shape {private int x;private int y;public Rectangle(int x, int y, DrawAPI drawAPI) {super(drawAPI);this.x x;this.y y;}public void draw() {drawAPI.draw(0, x, y);}
}最后我们来看客户端演示
public static void main(String[] args) {Shape greenCircle new Circle(10, new GreenPen());Shape redRectangle new Rectangle(4, 8, new RedPen());greenCircle.draw();redRectangle.draw();
}可能大家看上面一步步还不是特别清晰我把所有的东西整合到一张图上 这回大家应该就知道抽象在哪里怎么解耦了吧。桥梁模式的优点也是显而易见的就是非常容易进行扩展。 本节引用了这里的例子并对其进行了修改。 装饰模式
要把装饰模式说清楚明白不是件容易的事情。也许读者知道 Java IO 中的几个类是典型的装饰模式的应用但是读者不一定清楚其中的关系也许看完就忘了希望看完这节后读者可以对其有更深的感悟。
首先我们先看一个简单的图看这个图的时候了解下层次结构就可以了 我们来说说装饰模式的出发点从图中可以看到接口 Component 其实已经有了 ConcreteComponentA 和 ConcreteComponentB 两个实现类了但是如果我们要增强 这两个实现类的话我们就可以采用装饰模式用具体的装饰器来装饰 实现类以达到增强的目的。 从名字来简单解释下装饰器。既然说是装饰那么往往就是添加小功能 这种而且我们要满足可以添加多个小功能。最简单的代理模式就可以实现功能的增强但是代理不容易实现多个功能的增强当然你可以说用代理包装代理的多层包装方式但是那样的话代码就复杂了。 首先明白一些简单的概念从图中我们看到所有的具体装饰者们 ConcreteDecorator * 都可以作为 Component 来使用因为它们都实现了 Component 中的所有接口。它们和 Component 实现类 ConcreteComponent* 的区别是它们只是装饰者起装饰 作用也就是即使它们看上去牛逼轰轰但是它们都只是在具体的实现中加了层皮来装饰 而已。 注意这段话中混杂在各个名词中的 Component 和 Decorator别搞混了。 下面来看看一个例子先把装饰模式弄清楚然后再介绍下 java io 中的装饰模式的应用。
最近大街上流行起来了“快乐柠檬”我们把快乐柠檬的饮料分为三类红茶、绿茶、咖啡在这三大类的基础上又增加了许多的口味什么金桔柠檬红茶、金桔柠檬珍珠绿茶、芒果红茶、芒果绿茶、芒果珍珠红茶、烤珍珠红茶、烤珍珠芒果绿茶、椰香胚芽咖啡、焦糖可可咖啡等等每家店都有很长的菜单但是仔细看下其实原料也没几样但是可以搭配出很多组合如果顾客需要很多没出现在菜单中的饮料他们也是可以做的。
在这个例子中红茶、绿茶、咖啡是最基础的饮料其他的像金桔柠檬、芒果、珍珠、椰果、焦糖等都属于装饰用的。当然在开发中我们确实可以像门店一样开发这些类LemonBlackTea、LemonGreenTea、MangoBlackTea、MangoLemonGreenTea......但是很快我们就发现这样子干肯定是不行的这会导致我们需要组合出所有的可能而且如果客人需要在红茶中加双份柠檬怎么办三份柠檬怎么办
不说废话了上代码。
首先定义饮料抽象基类
public abstract class Beverage { // 返回描述 public abstract String getDescription(); // 返回价格 public abstract double cost();}然后是三个基础饮料实现类红茶、绿茶和咖啡
public class BlackTea extends Beverage { public String getDescription() { return 红茶; } public double cost() { return 10; }}public class GreenTea extends Beverage { public String getDescription() { return 绿茶; } public double cost() { return 11; }}...// 咖啡省略定义调料也就是装饰者的基类此类必须继承自 Beverage
// 调料public abstract class Condiment extends Beverage {}然后我们来定义柠檬、芒果等具体的调料它们属于装饰者毫无疑问这些调料肯定都需要继承调料 Condiment 类
public class Lemon extends Condiment {private Beverage bevarage;// 这里很关键需要传入具体的饮料如需要传入没有被装饰的红茶或绿茶// 当然也可以传入已经装饰好的芒果绿茶这样可以做芒果柠檬绿茶public Lemon(Beverage bevarage) {this.bevarage bevarage;}public String getDescription() {// 装饰return bevarage.getDescription() , 加柠檬;}public double cost() {// 装饰return beverage.cost() 2; // 加柠檬需要 2 元}
}public class Mango extends Condiment {private Beverage bevarage;public Mango(Beverage bevarage) {this.bevarage bevarage;}public String getDescription() {return bevarage.getDescription() , 加芒果;}public double cost() {return beverage.cost() 3; // 加芒果需要 3 元}
}
...// 给每一种调料都加一个类看客户端调用
public static void main(String[] args) {// 首先我们需要一个基础饮料红茶、绿茶或咖啡Beverage beverage new GreenTea();// 开始装饰beverage new Lemon(beverage); // 先加一份柠檬beverage new Mongo(beverage); // 再加一份芒果System.out.println(beverage.getDescription() 价格 beverage.cost());//绿茶, 加柠檬, 加芒果 价格16
}如果我们需要 芒果-珍珠-双份柠檬-红茶
Beverage beverage new Mongo(new Pearl(new Lemon(new Lemon(new BlackTea()))));是不是很变态
看看下图可能会清晰一些 到这里大家应该已经清楚装饰模式了吧。
下面我们再来说说 java IO 中的装饰模式。看下图 InputStream 派生出来的部分类 我们知道 InputStream 代表了输入流具体的输入来源可以是文件FileInputStream、管道PipedInputStream、数组ByteArrayInputStream等这些就像前面奶茶的例子中的红茶、绿茶属于基础输入流。
FilterInputStream 承接了装饰模式的关键节点它的实现类是一系列装饰器比如 BufferedInputStream 代表用缓冲来装饰也就使得输入流具有了缓冲的功能LineNumberInputStream 代表用行号来装饰在操作的时候就可以取得行号了DataInputStream 的装饰使得我们可以从输入流转换为 java 中的基本类型值。
当然在 java IO 中如果我们使用装饰器的话就不太适合面向接口编程了如
InputStream inputStream new LineNumberInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream()));这样的结果是InputStream 还是不具有读取行号的功能因为读取行号的方法定义在 LineNumberInputStream 类中。
我们应该像下面这样使用
DataInputStream is new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream()));所以说嘛要找到纯的严格符合设计模式的代码还是比较难的。 门面模式
门面模式也叫外观模式Facade Pattern在许多源码中有使用比如 slf4j 就可以理解为是门面模式的应用。这是一个简单的设计模式我们直接上代码再说吧。
首先我们定义一个接口
public interface Shape {void draw();
}定义几个实现类
public class Circle implements Shape {Overridepublic void draw() {System.out.println(Circle::draw());}
}public class Rectangle implements Shape {Overridepublic void draw() {System.out.println(Rectangle::draw());}
}客户端调用
public static void main(String[] args) {// 画一个圆形Shape circle new Circle();circle.draw();// 画一个长方形Shape rectangle new Rectangle();rectangle.draw();
}以上是我们常写的代码我们需要画圆就要先实例化圆画长方形就需要先实例化一个长方形然后再调用相应的 draw() 方法。
下面我们看看怎么用门面模式来让客户端调用更加友好一些。
我们先定义一个门面
public class ShapeMaker {private Shape circle;private Shape rectangle;private Shape square;public ShapeMaker() {circle new Circle();rectangle new Rectangle();square new Square();}/*** 下面定义一堆方法具体应该调用什么方法由这个门面来决定*/public void drawCircle(){circle.draw();}public void drawRectangle(){rectangle.draw();}public void drawSquare(){square.draw();}
}看看现在客户端怎么调用
public static void main(String[] args) {ShapeMaker shapeMaker new ShapeMaker();// 客户端调用现在更加清晰了shapeMaker.drawCircle();shapeMaker.drawRectangle();shapeMaker.drawSquare();
}门面模式的优点显而易见客户端不再需要关注实例化时应该使用哪个实现类直接调用门面提供的方法就可以了因为门面类提供的方法的方法名对于客户端来说已经很友好了。
组合模式
组合模式用于表示具有层次结构的数据使得我们对单个对象和组合对象的访问具有一致性。
直接看一个例子吧每个员工都有姓名、部门、薪水这些属性同时还有下属员工集合虽然可能集合为空而下属员工和自己的结构是一样的也有姓名、部门这些属性同时也有他们的下属员工集合。
public class Employee {private String name;private String dept;private int salary;private ListEmployee subordinates; // 下属public Employee(String name,String dept, int sal) {this.name name;this.dept dept;this.salary sal;subordinates new ArrayListEmployee();}public void add(Employee e) {subordinates.add(e);}public void remove(Employee e) {subordinates.remove(e);}public ListEmployee getSubordinates(){return subordinates;}public String toString(){return (Employee :[ Name : name , dept : dept , salary : salary ]);}
}通常这种类需要定义 add(node)、remove(node)、getChildren() 这些方法。
这说的其实就是组合模式这种简单的模式我就不做过多介绍了相信各位读者也不喜欢看我写废话。
享元模式
英文是 Flyweight Pattern不知道是谁最先翻译的这个词感觉这翻译真的不好理解我们试着强行关联起来吧。Flyweight 是轻量级的意思享元分开来说就是 共享 元器件也就是复用已经生成的对象这种做法当然也就是轻量级的了。
复用对象最简单的方式是用一个 HashMap 来存放每次新生成的对象。每次需要一个对象的时候先到 HashMap 中看看有没有如果没有再生成新的对象然后将这个对象放入 HashMap 中。
这种简单的代码我就不演示了。
结构型模式总结
前面我们说了代理模式、适配器模式、桥梁模式、装饰模式、门面模式、组合模式和享元模式。读者是否可以分别把这几个模式说清楚了呢在说到这些模式的时候心中是否有一个清晰的图或处理流程在脑海里呢
代理模式是做方法增强的适配器模式是把鸡包装成鸭这种用来适配接口的桥梁模式做到了很好的解耦装饰模式从名字上就看得出来适合于装饰类或者说是增强类的场景门面模式的优点是客户端不需要关心实例化过程只要调用需要的方法即可组合模式用于描述具有层次结构的数据享元模式是为了在特定的场景中缓存已经创建的对象用于提高性能。
行为型模式
行为型模式关注的是各个类之间的相互作用将职责划分清楚使得我们的代码更加地清晰。
策略模式
策略模式太常用了所以把它放到最前面进行介绍。它比较简单我就不废话直接用代码说事吧。
下面设计的场景是我们需要画一个图形可选的策略就是用红色笔来画还是绿色笔来画或者蓝色笔来画。
首先先定义一个策略接口
public interface Strategy {public void draw(int radius, int x, int y);
}然后我们定义具体的几个策略
public class RedPen implements Strategy {Overridepublic void draw(int radius, int x, int y) {System.out.println(用红色笔画图radius: radius , x: x , y: y);}
}
public class GreenPen implements Strategy {Overridepublic void draw(int radius, int x, int y) {System.out.println(用绿色笔画图radius: radius , x: x , y: y);}
}
public class BluePen implements Strategy {Overridepublic void draw(int radius, int x, int y) {System.out.println(用蓝色笔画图radius: radius , x: x , y: y);}
}使用策略的类
public class Context {private Strategy strategy;public Context(Strategy strategy){this.strategy strategy;}public int executeDraw(int radius, int x, int y){return strategy.draw(radius, x, y);}
}客户端演示
public static void main(String[] args) {Context context new Context(new BluePen()); // 使用绿色笔来画context.executeDraw(10, 0, 0);
}放到一张图上让大家看得清晰些 strategy-1
这个时候大家有没有联想到结构型模式中的桥梁模式它们其实非常相似我把桥梁模式的图拿过来大家对比下 bridge-1
要我说的话它们非常相似桥梁模式在左侧加了一层抽象而已。桥梁模式的耦合更低结构更复杂一些。
观察者模式
观察者模式对于我们来说真是再简单不过了。无外乎两个操作观察者订阅自己关心的主题和主题有数据变化后通知观察者们。
首先需要定义主题每个主题需要持有观察者列表的引用用于在数据变更的时候通知各个观察者
public class Subject {private ListObserver observers new ArrayListObserver();private int state;public int getState() {return state;}public void setState(int state) {this.state state;// 数据已变更通知观察者们notifyAllObservers();}// 注册观察者public void attach(Observer observer) {observers.add(observer);}// 通知观察者们public void notifyAllObservers() {for (Observer observer : observers) {observer.update();}}
}定义观察者接口
public abstract class Observer {protected Subject subject;public abstract void update();
}其实如果只有一个观察者类的话接口都不用定义了不过通常场景下既然用到了观察者模式我们就是希望一个事件出来了会有多个不同的类需要处理相应的信息。比如订单修改成功事件我们希望发短信的类得到通知、发邮件的类得到通知、处理物流信息的类得到通知等。
我们来定义具体的几个观察者类
public class BinaryObserver extends Observer {// 在构造方法中进行订阅主题public BinaryObserver(Subject subject) {this.subject subject;// 通常在构造方法中将 this 发布出去的操作一定要小心this.subject.attach(this);}// 该方法由主题类在数据变更的时候进行调用Overridepublic void update() {String result Integer.toBinaryString(subject.getState());System.out.println(订阅的数据发生变化新的数据处理为二进制值为 result);}
}public class HexaObserver extends Observer {public HexaObserver(Subject subject) {this.subject subject;this.subject.attach(this);}Overridepublic void update() {String result Integer.toHexString(subject.getState()).toUpperCase();System.out.println(订阅的数据发生变化新的数据处理为十六进制值为 result);}
}客户端使用也非常简单
public static void main(String[] args) {// 先定义一个主题Subject subject1 new Subject();// 定义观察者new BinaryObserver(subject1);new HexaObserver(subject1);// 模拟数据变更这个时候观察者们的 update 方法将会被调用subject.setState(11);
}output:
订阅的数据发生变化新的数据处理为二进制值为1011
订阅的数据发生变化新的数据处理为十六进制值为B当然jdk 也提供了相似的支持具体的大家可以参考 java.util.Observable 和 java.util.Observer 这两个类。
实际生产过程中观察者模式往往用消息中间件来实现如果要实现单机观察者模式笔者建议读者使用 Guava 中的 EventBus它有同步实现也有异步实现本文主要介绍设计模式就不展开说了。
还有即使是上面的这个代码也会有很多变种大家只要记住核心的部分那就是一定有一个地方存放了所有的观察者然后在事件发生的时候遍历观察者调用它们的回调函数。
责任链模式
责任链通常需要先建立一个单向链表然后调用方只需要调用头部节点就可以了后面会自动流转下去。比如流程审批就是一个很好的例子只要终端用户提交申请根据申请的内容信息自动建立一条责任链然后就可以开始流转了。
有这么一个场景用户参加一个活动可以领取奖品但是活动需要进行很多的规则校验然后才能放行比如首先需要校验用户是否是新用户、今日参与人数是否有限额、全场参与人数是否有限额等等。设定的规则都通过后才能让用户领走奖品。 如果产品给你这个需求的话我想大部分人一开始肯定想的就是用一个 List 来存放所有的规则然后 foreach 执行一下每个规则就好了。不过读者也先别急看看责任链模式和我们说的这个有什么不一样 首先我们要定义流程上节点的基类
public abstract class RuleHandler {// 后继节点protected RuleHandler successor;public abstract void apply(Context context);public void setSuccessor(RuleHandler successor) {this.successor successor;}public RuleHandler getSuccessor() {return successor;}
}接下来我们需要定义具体的每个节点了。
校验用户是否是新用户
public class NewUserRuleHandler extends RuleHandler {public void apply(Context context) {if (context.isNewUser()) {// 如果有后继节点的话传递下去if (this.getSuccessor() ! null) {this.getSuccessor().apply(context);}} else {throw new RuntimeException(该活动仅限新用户参与);}}
}校验用户所在地区是否可以参与
public class LocationRuleHandler extends RuleHandler {public void apply(Context context) {boolean allowed activityService.isSupportedLocation(context.getLocation);if (allowed) {if (this.getSuccessor() ! null) {this.getSuccessor().apply(context);}} else {throw new RuntimeException(非常抱歉您所在的地区无法参与本次活动);}}
}校验奖品是否已领完
public class LimitRuleHandler extends RuleHandler {public void apply(Context context) {int remainedTimes activityService.queryRemainedTimes(context); // 查询剩余奖品if (remainedTimes 0) {if (this.getSuccessor() ! null) {this.getSuccessor().apply(userInfo);}} else {throw new RuntimeException(您来得太晚了奖品被领完了);}}
}客户端
public static void main(String[] args) {RuleHandler newUserHandler new NewUserRuleHandler();RuleHandler locationHandler new LocationRuleHandler();RuleHandler limitHandler new LimitRuleHandler();// 假设本次活动仅校验地区和奖品数量不校验新老用户locationHandler.setSuccessor(limitHandler);locationHandler.apply(context);
}代码其实很简单就是先定义好一个链表然后在通过任意一节点后如果此节点有后继节点那么传递下去。
至于它和我们前面说的用一个 List 存放需要执行的规则的做法有什么异同留给读者自己琢磨吧。
模板方法模式
在含有继承结构的代码中模板方法模式是非常常用的。
通常会有一个抽象类
public abstract class AbstractTemplate {// 这就是模板方法public void templateMethod() {init();apply(); // 这个是重点end(); // 可以作为钩子方法}protected void init() {System.out.println(init 抽象层已经实现子类也可以选择覆写);}// 留给子类实现protected abstract void apply();protected void end() {}
}模板方法中调用了 3 个方法其中 apply() 是抽象方法子类必须实现它其实模板方法中有几个抽象方法完全是自由的我们也可以将三个方法都设置为抽象方法让子类来实现。也就是说模板方法只负责定义第一步应该要做什么第二步应该做什么第三步应该做什么至于怎么做由子类来实现。
我们写一个实现类
public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate {public void apply() {System.out.println(子类实现抽象方法 apply);}public void end() {System.out.println(我们可以把 method3 当做钩子方法来使用需要的时候覆写就可以了);}
}客户端调用演示
public static void main(String[] args) {AbstractTemplate t new ConcreteTemplate();// 调用模板方法t.templateMethod();
}代码其实很简单基本上看到就懂了关键是要学会用到自己的代码中。
状态模式
update: 2017-10-19
废话我就不说了我们说一个简单的例子。商品库存中心有个最基本的需求是减库存和补库存我们看看怎么用状态模式来写。
核心在于我们的关注点不再是 Context 是该进行哪种操作而是关注在这个 Context 会有哪些操作。
定义状态接口
public interface State {public void doAction(Context context);
}定义减库存的状态
public class DeductState implements State {public void doAction(Context context) {System.out.println(商品卖出准备减库存);context.setState(this);//... 执行减库存的具体操作}public String toString() {return Deduct State;}
}定义补库存状态
public class RevertState implements State {public void doAction(Context context) {System.out.println(给此商品补库存);context.setState(this);//... 执行加库存的具体操作}public String toString() {return Revert State;}
}前面用到了 context.setState(this)我们来看看怎么定义 Context 类
public class Context {private State state;private String name;public Context(String name) {this.name name;}public void setState(State state) {this.state state;}public void getState() {return this.state;}
}我们来看下客户端调用大家就一清二楚了
public static void main(String[] args) {// 我们需要操作的是 iPhone XContext context new Context(iPhone X);// 看看怎么进行补库存操作State revertState new RevertState();revertState.doAction(context);// 同样的减库存操作也非常简单State deductState new DeductState();deductState.doAction(context);// 如果需要我们可以获取当前的状态// context.getState().toString();}读者可能会发现在上面这个例子中如果我们不关心当前 context 处于什么状态那么 Context 就可以不用维护 state 属性了那样代码会简单很多。
不过商品库存这个例子毕竟只是个例我们还有很多实例是需要知道当前 context 处于什么状态的。
行为型模式总结
行为型模式部分介绍了策略模式、观察者模式、责任链模式、模板方法模式和状态模式其实经典的行为型模式还包括备忘录模式、命令模式等但是它们的使用场景比较有限而且本文篇幅也挺大了我就不进行介绍了。
总结
学习设计模式的目的是为了让我们的代码更加的优雅、易维护、易扩展。这次整理这篇文章让我重新审视了一下各个设计模式对我自己而言收获还是挺大的。我想文章的最大收益者一般都是作者本人为了写一篇文章需要巩固自己的知识需要寻找各种资料而且自己写过的才最容易记住也算是我给读者的建议吧
